dr成像系统的图像处理研究

dr成像系统的图像处理研究

膜式水冷壁是蒸汽炉的一个非常重要的部件。它能保护壁，在锅炉的运行过程中保护炉壁，气密性好，结块困难，有利于提高锅炉的生产率。但膜式水冷壁管很容易发生爆管泄露事故，其安全问题令人担忧，尤其值得重视的是锅炉制造期间存在的相关焊接问题1检测工艺控制管屏DR成像系统是专门针对各种锅炉管屏焊缝检查而设计开发的一种新型的高效率、高精度直接数字化X射线成像系统。系统采用机电软一体化控制技术，将图像采集与机械运动完美融合，达到同步协调，从而实现一体控制和半自动化操作功能。该系统通过人机界面触摸屏来设置检测工艺，包括管子直径、类型、焦距、平板倾斜角度等因检测工艺不同而需要进行设定的参数。完成工艺参数设定后，对于同一批量的检测工件，只需要通过操作台上的操作摇柄即可完成全部检测过程，如图1。通过编程模式形成的控制工艺文件可保存零件编号、各轴运动方向、距离和运动速度、停留时间、成像积分、曝光时间等参数，同时设定了射线照相所需要的电流电压等工艺参数，可按照检测工件编号，选择合适的工艺文件。适用于管屏外型尺寸为：3500mm×12000mm、≤10mm，直径：23mm～89mm，通道开口高度400mm的管屏DR检测，整套系统具有高信噪比，能有效检测出对接环焊缝中的气孔、夹杂、裂纹、未融合、未焊透等缺陷。2现场试验2.1图像的基本处理DR管屏成像系统主要由计算机及图像处理软件、PC-PLC通讯及控制软件等组成；可以对采集的图像进行亮度和对比度调整、灰度直方图、图像（灰度）校正、正负片切换、锐化、边界加强、立体化显示、图像放大、坏点校正、不一致性校正等，并可同时获得静态降噪图像和动态实时图像。本文分别对图像进行了4种处理，见图2～图5。原始图中焊缝区域的灰度值相差不大，人眼难以分辨其细节。通过直方图拉伸后，把原始图像的灰度值进行线性变换，去除灰度值过低和过高的值，使感兴趣的灰度值范围映射在较宽的范围内，把原始图像中分布的最小灰度值设置为0，原始图像中有像素点分布的最大灰度值设置为满量程，变换成新图像，使图像对比度得到了增强，焊缝及缺陷的细节被清晰地呈现，能识别的像质计丝对号从8D到10D。在直方波拉伸呈现出更清晰的缺陷之后，可进行锐化处理，提高缺陷的可见度，有利于测量缺陷的尺寸大小。浮雕处理可让锐化之后进一步强调结构，缺陷能够三维呈现，加强了视觉效果。2.2图像分辨率和归一化信噪比焦点尺寸对图像分辨力和图像灵敏度有着重要的影响。图6(a）中ue78842mm×5mm的工件，焦距设置为700mm，放大倍数为1.2，单帧曝光时间为500ms，叠加次数为20，其焦点尺寸大小为1.0mm，在管电压140kV，管电流6mA下的经过图像处理后的影像，图6(b）为焦点大小为0.4mm，管电压160kV，管电流4mA的影像。从图像上可看出小焦点的图像更加细腻。为了进一步测量其分辨率，在两者的原始图像中，分别测量其双丝像质计分辨率。图像显示，两者都能识别到D10，但小焦点的D10幅值稍大，并且图7(a）中的归一化信噪比为0.75，图7(b）的归一化信噪比为0.83。数据说明焦点尺寸越小，允许的放大倍数越大，图像分辨率越高，归一化信噪比越大。随着焦点尺寸变小，由于管电流降低，在相同曝光时间内的曝光量减小，图像信噪比降低，导致图像灵敏度降低，或者达到相同图像灵敏度所需的曝光时间延长。所以，在图像分辨率满足标准要求的时候，也可以选用较大的焦点尺寸。2.3曝光量对图像利益的影响曝光量为单帧图像曝光时间，管电流和图像叠加次数的乘积。这里选择ue78838mm×3.5mm的工件，管电压137kV，管电流8mA，曝光时间为125ms的图像如图8(a），管电压137kV，管电流4mA，曝光时间为125ms的图像如图8(b），两者叠加次数都为20。从图像上可以看出前者的灰度值为82.3%，后者灰度值为46.0%，相差较大。可以得出：曝光量越大，图像的灰度值越大。单帧曝光量与图像的灰度值在一定范围内线性相关，改变单帧曝光量可直接影响图像的灰度值。所以，在不改变其他参数的前提下，可以通过调整单帧曝光时间或者管电流来调整图像的灰度值，以满足标准中对灰度值范围的要求。另外，提高曝光量可使检测图像达到较高的信噪比，有利于提高数字图像的灵敏度。所以，曝光量必须达到一定量值才能保证小细节的可检出性，从而保证图像质量和控制检测系统的性能。2.4多次透照对比在实际工作中，小径管有工件厚度的差异，属于大透照厚度比工件，如图9所示。对于小径管的中间部分来说，透照的厚度为2倍的壁厚，而对于两侧部分，最大透照厚度则大于3倍壁厚。对于不等厚工件，传统射线胶片法需要进行多次透照才能满足要求。与之相比，射线数字成像可以在较大范围内调整灰度观察范围，透照厚度宽容度更大，可以克服因工件厚度差较大导致灰度差较大的问题，不需要补偿，检测更便捷。图10为同一焊口不同厚度部分的透照图像，可以看出，厚度较薄处的灰度值比较厚处的要小，且图像有效评定区域内的灰度值均符合要求。透照不等厚焊缝时，可以适当增加射线能量，图像中不同部位的灰度差减小，提高了透照厚度宽容度，从而减少厚度大的部位的散射比，降低边蚀效应。但增加射线能量会使衰减系数减小，导致检测灵敏度的降低。因此射线能量需要经过试验测定图像的各种指标来确定。3曝光量的确定(1）可以通过直方波拉伸来提高图像的对比度，加强视觉效果；进行锐化处理来改善图像的清晰度，更好地发现缺陷；发现缺陷或疑似缺陷后，可以使用浮雕功能对缺陷进行三维呈现，更有利于判断缺陷的性质。(2）焦点尺寸越小，图像分辨率越高，图像信噪比降低导致图像灵敏度降低。在图像分辨率满足标准要求的时候也可以选用较大的焦点尺寸。(3）在不改变其他参数的前提下，可以通过调整